化学必修2

硫

硫在元素周期包的第三周期，第 VIA 族，16个电子，最外层电子数为6，因此得电子能力较氧较弱，是电子能力较强，常常为 +4 价和 +6价

硫单质

硫俗称硫磺，为黄色晶体，质脆，易研磨成粉末，难溶于水，微溶于酒精，易溶于\(\ce{CS2}\)

具有氧化性

\[\ce{2Na + S -> Na2S}\\ \ce{Fe + S->[\Delta] FeS}\\ \ce{2Cu + S ->[\Delta] Cu2S} \]

硫将金属氧化为低价态，Na 和 S 研磨会发生爆炸

具有还原性

\[\ce{S + O2 ->[点燃] SO2} \]

水银温度计摔碎的处理方法

\[\ce{Hg + S -> HgS} \]

玻璃仪器内残留硫的处理方法

物理方法：用\(\ce{CS2}\)洗涤

化学方法：用热的\(\ce{NaOH aq}\)洗涤

\[\ce{3S + 6 NaOH ->[\Delta] 2Na2S + Na2SO3 + 3H2O}\\ \ce{3S + 6 OH- ->[\Delta] 2S^2- + SO3^2- + 3H2O} \]

硫部分变为负二价（被还原），部分变为正四价（被氧化）

\(\ce{SO2 H2SO3 }\)和亚硫酸盐

\(\ce{SO2}\)

无色，刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易溶于水，一体积水大约能溶解40体积的二氧化硫，向上排空气法收集，不能用排水法

把充满\(\ce{SO2}\)，塞有橡胶塞的试管倒立在水中，在水面下打开橡胶塞，观察试管内液面的上升，待液面高度不再有明显变化的时候，在水下用橡胶塞塞紧试管口，取出试管，用 pH 试纸测定试管中溶液的酸碱度

试管液面上升，pH < 7，发现\(\ce{SO2}\)易溶于水，生成\(\ce{H2SO3}\)，显酸性

酸性氧化物：

• \(\ce{SO2}\)和水反应

\[\ce{SO2 + H2O <-> H2SO3} \]

为可逆反应，即同意条件下，既能够正向发生，又能够逆向发生的反应

• 与碱反应

\[少量\ce{SO2}，\ce{SO2 + 2OH- -> SO3^2- + H2O}\\ 足量\ce{SO2}，\ce{SO2 + OH- -> HSO3-}\\ 少量\ce{SO2}，\ce{SO2 + Ca^2+ + 2OH- -> CaSO3 v + H2O}\\ 足量\ce{SO2}，\ce{SO2 + OH- -> HSO3-}\\ 少量\ce{SO2}，\ce{SO2 + 2NH3·H2O -> 2NH4+ + SO3^2- + H2O}\\ 足量\ce{SO2}，\ce{SO2 + NH3·H2O -> NH4+ + HSO3-} \]

• 与碱性氧化物反应

\[\ce{SO2 + CaO -> CaSO3} \]

\(\ce{SO2}\)不能用碱石灰（ 混合物，含有较多的氧化钙 ）干燥，要用浓硫酸干燥

还原性：

通常为\(\ce{S^4+}\)被氧化为\(\ce{S^6+}\)

和氧气反应

\[\ce{SO2 + CaO -> CaSO3} \]

和\(\ce{Cl2 Br2 I2}\)反应

\[\ce{SO2 + Cl2 + 2H2O -> H2SO4 + 2HCl}\\ \ce{SO2 + Cl2 + 2H2O -> 4H+ + SO4^2- + 2Cl-} \]

和\(\ce{MnO4-}\)反应

\[\ce{5SO2 + 2MnO4- + 2H2O -> 5SO4^2- + 2Mn^2+ + 4H+}\\ \ce{5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O -> K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4}\\ \]

和\(\ce{Fe^3+}\)反应

\[\ce{SO2 + 2Fe^3+ + 2H2O -> SO4^2- + 2Fe^2+ + 4H+} \]

和\(\ce{H2O2}\)反应

\[\ce{SO2 + H2O2 -> H2SO4} \]

• 氧化性
  硫\(S^{+4}\)还原为\(S\)

\[\ce{SO2 + 2H2S -> 3S + 2H2O} \]

溶液中反应的话会有沉淀的符号

\(\ce{S^2- S^{4+}}\)发生归中反应，要求足够强的酸性，碱性不能发生归中反应，反应物的存在形态不同，碱性条件下有竞争反应，产物单质硫在碱性条件下不稳定（易歧化）

\[\ce{SO2 + 2H2S -> 3S + 2H2O}\\ \ce{2S^2- + SO3^2- + 6H+ -> 3S v + 3H2O} \]

将\(\ce{SO2}\)通入\(\ce{Na2S aq}\)，不能将\(\ce{H2S}\)通入\(\ce{Na2SO3 aq}\)

\[\begin{cases} \ce{SO2 + S^2- + H2O -> H2S + SO3^2-}\\ \ce{SO2 + 2H2S -> 3S v + 2H2O} \end{cases} \ce{3SO2 + 2S^2- -> 3S v + 2SO3^2-} \]

漂白性：

用试管取\(2ml\ce{SO2}\)水溶液，加入 1~2 滴的品红溶液，震荡观察溶液的颜色变化，后加热试管，并注意通风

褪色，加热后恢复原色

某些有色物质在加热和\(\ce{SO2}\)的时候生成某些不稳定的无色物质，非氧化还原

实验室检验\(\ce{SO2}\)的方法：将气体通入品红溶液，褪色，加热后恢复红色

漂白，防腐，抗氧化：葡萄酒中的\(\ce{SO2}\)有杀菌，抗氧化的作用，但有用量的规定

\(\ce{SO2}\)的实验室制备

\[\ce{Na2SO3 + H2SO4 -> Na2SO4 + H2O + SO2 ^} \]

\(\ce{H2SO4}\): ([50%,70%])

使用固液常温型，不能使用启普发生器

启普发生器的要求：

• 固体为块状且不溶于水
• 反应在常温下进行，无需加热
• 产生的气体难溶于反应液

还原性上亚硫酸盐>H2SO3>SO2，和上面的反应没关系，上面的是复分解反应

\(\ce{H2SO3}\)和亚硝酸盐

\(\ce{H2SO3}\)型酸性:

\[\begin{cases} \ce{SO2 + H2O <=> H2SO3}\\ \ce{2H2SO3 + O2 <=> 2H2SO4} \end{cases} \]

\(\ce{SO2}\)回收（固硫）:

\[\begin{cases} \ce{SO2 + CaO -> CaSO3}\\ \ce{2CaSO3 + O2 -> 2CaSO4} \end{cases} \]

\(\ce{Na2SO3}\)长期在空气中易变质生成\(\ce{Na2SO4}\)，检验\(\ce{Na2SO4}\)

先加足量的稀盐酸，再加\(\ce{BaCl2 aq}\)，看沉淀验证硫酸根离子

将\(\ce{SO2}\)通入下列溶液：

氯水，褪色，还原性

酸性\(\ce{KMnO4}\)，褪色，还原性

品红溶液，褪色到不褪色，还原性

紫色石蕊溶液，红色，酸性氧化物

滴油酚酞的\(\ce{NaOH}\)，褪色，酸性氧

漂白的原理

类型	漂白原理	漂白特点	变化类型	举例
氧化型	漂白剂具有强氧化性，因与有色物质发生氧化还原反应而使有色物质褪色	褪色后不会恢复原色	氧化还原	\(\ce{Cl2 NaClO Ca(ClO)2 H2O2 Na2O2 O3}\)
化合型	漂白剂与某些有色物质发生化合反应而使有色物质褪色	一定条件下，有色物质发生分解反应，又恢复原色	化合反应	\(\ce{SO2}\)
吸附型	某些固体物质具有疏松多孔的结构，能吸附有色物质		物质变化	活性炭

\(\ce{SO3}\),浓硫酸和硫酸盐

\(\ce{SO3}\):易溶于水，放出大量的热，熔点16.8度，沸点44.8度（室温液体，标况固体），酸性氧化物，溶于水和水剧烈反应

\[\ce{SO3 + H2O -> H2SO4}\\ \ce{SO3 + Ca(OH)2 -> CaSO4 + H2O} \]

硫酸：

硫黄或黄铁矿在空气中燃烧，生成\(\ce{SO2}\)，在 400~500 度下以\(\ce{V2O5}\)为催化剂，生成\(\ce{SO3}\)，用 98.3% 的浓硫酸吸收得到\(\ce{H2SO4}\)

沸腾炉：\(\ce{S + O2 ->[点燃] SO2}\)

\(\ce{4FeS2 + 11O2 ->[高温] 2Fe2O3 + 8SO2}\)

接触：\(\ce{2SO2 + O2 <=>[V2O5][400到500度] 2SO3}\)

吸收塔：\(\ce{SO3 + H2O -> H2SO4}\)

吸收剂为98%的浓硫酸

无色，粘稠的油状液体，易溶于水放热，密度大于水

稀硫酸的通性：

\[\ce{H2SO4 -> 2H+ + SO4^2-} \]

浓硫酸的特性：和蔗糖反应，体积膨胀，生成疏松多孔的结构（海绵状物质）和刺激性气味的气体，因为浓硫酸脱水让蔗糖碳化，浓硫酸和碳反应（\(\ce{C + 2H2SO4(浓)->[\Delta] CO2 ^ + 2SO2 ^ + 2H2O}\)）

吸水性：作干燥剂（不能干燥\(\ce{NH3 H2S HI HBr}\)）

胆矾经过浓硫酸会变为白色硫酸铜粉末

干燥剂的酸碱性：

• 酸性：浓\(\ce{H2SO4}\)，\(\ce{P2O5}\)
• 碱性：碱石灰
• 中性：无水\(\ce{CaCl2}\)，不能干燥\(\ce{NH3}\)，生成氨合氯化钙配合物

脱水性：将有机物的氢元素和氧元素按照水的组成脱去，便于有机物的碳化

强氧化性：

和铜反应：生成气体使品红褪色，石蕊变红，稀释后溶液变为蓝色

\[\ce{Cu + 2H2SO4(浓) ->[\Delta] CuSO4 + SO2 ^ + H2O} \]

变稀之后不反应，稀释为将试管中的加入水中

和锌反应：

\[\ce{Zn + 2H2SO4(浓) ->[\Delta] ZnSO4 + SO2 ^ + 2H2O}\\ \ce{Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2 ^} \]

和铁，铝反应

常温下,Fe,Al遇见浓硫酸或浓硝酸发生钝化反应，生成致密的氧化膜，阻止反应继续进行，所以常用铝制盒铁质容器运输

和碳单质反应

\[\ce{C + 2H2SO4(浓) ->[\Delta] CO2 ^ + 2SO2 ^ + 2H2O} \]

和其他还原性物质反应

\[\ce{H2SO4(浓) + H2S -> S v + SO2 ^ + 2H2O}\\ \ce{H2SO4(浓) + 2HI -> I2 + SO2 ^ + 2H2O} \]

硫酸盐：

硫酸钙：

芒硝：\(\ce{Na2SO4·10H2O}\)，石膏：\(\ce{CaSO4·2H2O}\)，熟石膏：\(\ce{2CaSO4·H2O}\)

石膏绷带，调节水泥

硫酸钡：\(\ce{BaSO4}\)，钡餐

硫酸铜：\(\ce{CaSO4·5H2O，胆矾（蓝矾），CaSO4 白色粉末}\)

粗盐提纯

粗盐溶解为溶液，加入足量的\(\ce{BaCl2,Na2CO3 aq}\)，过量的\(\ce{NaOH aq}\)，过滤，沉淀，加盐酸，蒸发，结晶

沉淀有\(\ce{BaSO4 CacO3 BaCO3 Mg(OH)2}\)

\(\ce{Na2CO3 aq}\)在\(\ce{BaCl2 aq}\)之后

每次加入试剂都会稍微过量：保证完全去除杂质离子

加入盐酸，出去溶液中的过量\(\ce{OH- CO3^2-}\)

氮元素

第二周期第 VA 族，7个电子，最外层电子数为5，一般以共价键和其他原子形成物质

在自然界中以游离态和化合态都存在，部分存在于蛋白质，部分存在于土壤和海洋（\(\ce{NO3- NH4+}\)）

氮气和氮的固定

氮气为无色无味的气体，难溶于水，密度比空气略小

化学性质稳定，通常难以与其他物质反应，无法被大多数的生物吸收

\[\ce{3Mg + N2 ->[点燃] Mg3N2 (离子化合物)}\\ \ce{N2 + O2 ->[放电][高温] 2NO}\\ \ce{N2 + 3H2 <=>[高温高压][催化剂] 2NH3} \]

氮的固定：将大气中\(\ce{N2}\)转化为含氮化合物的过程叫做氮的固定

自然固氮：闪电固氮，豆科植物根瘤菌

人工固氮：工业合成氮

实验室制氮气：\(\ce{NH4Cl + NaNO2 ->[\Delta] NaCl + N2 ^ + 2H2O}\)

氮的氧化物

将一支50ml的注射器里充入20ml NO，然后吸入 5ml 水，用乳胶管和弹簧夹封住管口，振荡注射器，无明显现象，得出结论\(\ce{NO}\)不溶于水

打开弹簧夹，快速吸入10ml 的空气然后加上弹簧夹，气体由无色变成红棕色，\(\ce{2NO + O2 -> 2NO2}\)

震荡注射器，气体由红棕色变为无色，注射器活塞向内移动，\(\ce{3NO + H2O -> 2HNO3 + N2}\)

考虑如何将注射器中的\(\ce{NO}\)充分转化为\(\ce{HNO3}\)

冲入足量的\(\ce{O2}\)，\(\ce{NO}\)能够完全转化为\(\ce{HNO3}\)

循环氧化\(\ce{N \rightarrow NO3}\)

\[\ce{4NO + 3O2 + 2H2O -> 4HNO3}\\ \ce{4NO2 + O2 + 2H2O -> 4HNO3} \]

工业制取\(\ce{HNO3}\)

电闪雷鸣的雨天发生的反应

\[\ce{N2 + O2 ->[放电] 2NO}\\ \ce{2NO + O2 -> 2NO2}\\ \ce{3NO2 + H2O -> 2HNO3 + NO}\\ \]

	\(\ce{NO}\)	\(\ce{NO2}\)
颜色状态气味	无色气体	红棕色，有刺激性气味气体
毒性	有毒	有毒
溶解性	不溶于水	易溶于水
密度	比空气略大	比空气大
	排水法	向上排空气法
现象	无色气体变为红棕色	红棕色变为无色
方程式	\(\ce{2NO + O2 -> 2NO2}\)	\(\ce{3NO2 + H2O -> 2HNO3 + NO}\)

尾气吸收： NO不能和NaOH反应，但是和氧气就能了

\[\ce{4NO + 3O2 + 4NaOH -> 4NaNO3 + 2H2O}\\ \ce{2NO2 + 2NaOH -> NaNO3 + NaNO2 + H2O}\\ \ce{NO + NO2 + 2NaOH -> 2NaNO2 + H2O} \]

足量的水可以从\(\ce{NO}\)中除杂\(\ce{NO2}\)，检验是观察空气是否变成了红棕色

氨和铵盐

氨

喷泉实验：打开止水夹，挤压胶头滴管，发现形成了红色喷泉

\(\ce{NH3}\)极易溶于水，胶头滴管中的水吸收大量的\(\ce{NH3}\)，圆底烧瓶中压强小于外界大气压高于喷泉，\(\ce{NH3·H2O}\)为碱性，溶液变红

物理性质：\(\ce{NH3}\)分子和水分子生成分子间氢键，无刺激性气味气体，极易溶于水（1：700），防倒吸，\(\rho_{\ce{NH_3}}<\rho_{空气}\)，易液化，液化放热，汽化吸热，制冷剂，\(\ce{NH3}\)分子间形成氢键

与水反应：

\[\ce{NH3 + H2O <=> NH3·H2O <=> NH4+ + OH-} \]

氨水的成分：\(\ce{NH3 H2O NH3·H2O}\)

将蘸有浓氨水和蘸有浓盐酸的玻璃棒相互靠近，发现出现了白烟，检验\(\ce{NH3}\)

\[\ce{NH3 + HCl -> NH4Cl} \]

将氨气通入稀硫酸中，\(\ce{NH3 + H+ -> NH4+}\)

将氨水与稀盐酸混合，\(\ce{NH3·H2O + H+ -> NH4+ + H2O}\)

与\(\ce{O2}\)反应：

\[\ce{4NH3 + 5O2 ->[催化剂][\Delta] 4NO + 6H2O} \]

工业制取硝酸：

\[\ce{N2 + 3H2 ->[高温高压][催化剂] 2NH3}\\ \ce{4NH3 + 5O2 ->[催化剂][\Delta] 4NO + 6H2O}\\ \ce{2NO + O2 -> 2NO2}\\ \ce{3NO2 + H2O -> 2HNO3 + NO} \]

\(\ce{NH3}\)和\(\ce{Cl2}\)反应：

\[\ce{2NH3 + 3Cl2 -> N2 + 6HCl}\\ \ce{6NH3 + 6HCl -> 6NH4Cl}\\ \ce{8NH3+3Cl2 -> N2 + 6NH4Cl} \]

\[\ce{2NH3 + 3CuO ->[\Delta] N2 + 3Cu + 3H2O} \]

\(\ce{NH3}\)的实验室制法

\[\ce{Ca(OH)2 + 2NH4Cl ->[\Delta] CaCl2 + 2NH3 ^ + 2H2O} \]

干棉花作用：防止与空气对流

湿润的红色石蕊试纸放在试管口，若试纸变蓝，则收集满了

用蘸有浓盐酸玻璃棒靠近试管口，若收集满了则有白烟

使用碱石灰干燥，如果用\(\ce{CaCl2}\)，会生成\(\ce{CaCl2·8NH3}\)

其他制取氨气的方法：

\[\ce{NH3·H2O + CaO -> NH3 ^ + Ca(OH)2}\\ \ce{NH3·H2O ->[\Delta] NH3 ^ + H2O}\\ \]

\(\ce{NH3}\)的用途

制冷剂，制化肥，制\(\ce{HNO3}\)，制纯碱

\[\ce{NaCl + H2O + NH3 + CO2 -> NaHCO3 v + NH4Cl}\\ \ce{2NaHCO3 ->[\Delta] Na2CO3 + H2O + CO2 ^} \]

铵盐

易溶于水

在大试管中加入\(\ce{NH4Cl}\)固体，加热，观察现象：底部固体消失，管口有白烟，内壁出现白色固体

\[\ce{NH4Cl ->[\Delta] NH3 ^ + HCl}\\ \ce{NH3 + HCl -> NH4Cl} \]

不能用加热\(\ce{NH4Cl}\)的方法制取氨气

铵盐受热易分解：但分解产物不一定是\(\ce{NH3}\)

\[\ce{ NH4Cl ->[\Delta] NH3 ^ + HCl ^}\\ \ce{ NH4HCO3 ->[\Delta] NH3 ^ + H2O + CO2 ^}\\ \ce{ (NH4)2CO3 ->[\Delta] 2NH3 ^ + H2O + CO2 ^} \]

铵盐与碱反应：

\[\ce{2NH4Cl + Ca(OH)2 ->[\Delta] CaCl2 + 2NH3 + H2O} \]

实验室检验\(\ce{NH4+}\)

取样，加入浓\(\ce{NaOH}\)溶液，加热，将湿润红色石蕊试纸，放在试管口，若变蓝，则有\(\ce{NH4+}\)

硝酸

无色，易挥发，有刺激性气味

不稳定，$\ce{4HNO3 ->[\Delta /光照]4NO2 + O2 ^ + 2H2O} $

生成的\(\ce{NO2}\)溶于\(\ce{HNO3}\)使其呈黄色

硝酸的保存：棕色试剂瓶，阴凉处，浓\(\ce{HNO3}\)接触石蕊试纸，会让石蕊试纸先变红后褪色

有强氧化性：

和\(\ce{Cu}\)反应：

Cu和浓\(\ce{HNO3}\)反应，\(\ce{Cu}\)溶解，生成红棕色气体

\[\ce{Cu + 4HNO3(浓) -> Cu(NO3)2 + 2NO2 ^ + 2H2O}\\ \ce{Cu + 4H+ + 2N(+5)O3- -> Cu^2+ + 2N(+4,降1价)O2 ^ + 2H2O} \]

Cu和稀硝酸反应，Cu溶解生成无色气体，上升过程中变成红棕色，溶液变蓝

\[\ce{3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 + 2NO ^ + 4 H2O}\\ \ce{3Cu + 8H+ + 2N(+5)O3- -> 3Cu^2+ + 2N(+2,降3价)O ^ + 4H2O} \]

硝酸越稀，氮元素变价越彻底（跌得越深）；硝酸越浓，氮元素反而跌得浅，

王水

化学反应和能量变化

化学反应的过程，既是物质转化的过程，又是能量转化的过程，遵守能量守恒定律和质量守恒定律

化学能和热能的相互转化：

常见的放热反应：

• 燃烧
• 酸碱中和
• 金属与酸反应
• 缓慢氧化
• 大多数化合反应（\(\ce{CO + C}\)除外）
• 铝热反应

\[\ce{2Al + Fe2O3 ->[高温] 2Fe + Al2O3 } \]

焊接钢轨

吸热反应：

• 大多分解反应（\(\ce{H2O2}\)除外）
• 持续加热或高温的反应
• \(\ce{NaHCO3(s) + HCl}\)
• \(\ce{Ba(OH2) + NH4Cl}\)

\[\ce{Ba(OH)2·8H2O + 2NH4Cl -> BaCl2 + 2NH3 ^ + 10 H2O} \]

需要加热的不一定是吸热反应。如硫和铁的反应，吸热反应不一定需要加热

放热过程不一定是放热反应，吸热过程不一定是吸热反应

反应热及其测定

反应热：等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量，称作化学反应的热效应，简称反应热

中和热：在25度，101kPa下，强酸的稀溶液和强碱的稀溶液发生中和生成\(1mol\ \ce{H2O}\)时，放出的热量叫做反应热

需要温度计一个，量筒两个，玻璃搅拌器，0.5mol/L的稀盐酸和0.55mol/L的\(\ce{NaOH}\)溶液，简易量热计

用量筒取50ml的盐酸，打开杯盖倒入量热计的内筒，盖上杯盖，用温度计测量温度，然后将温度计冲洗干净，擦干备用

用另一个量筒量取50ml的\(\ce{NaOH aq}\)，温度计记录温度，然后用水冲洗干净，擦干备用温度计

打开杯盖，将NaOH溶液快速倒入量热计的内筒，然后立即盖上杯盖插入温度计，用玻璃搅拌器匀速搅拌，密切关注温度的变化，将最高的温度作为反应后的体系温度

然后再次冲洗干净温度计并擦干备用，重复实验1到2次

\[Q=cm\Delta t=c\cdot(m_1+m_2)(t_2-t_1) \ \ \ \ \ c约=4.18 J每 g·度 \]

防止热量的散失，要隔热层的隔热效果，液体混合要均匀，不能用金属棒代替玻璃棒

实验时使用强酸，强碱的稀溶液，并且量取液体的体积的时候要准确

实验中用同一个温度计，要冲洗干净擦干后再去量取另一个溶液

3次实验取平均值，若数据误差较大应当舍去

用稍微过量的碱因为碱容易变质

如果用的弱电解质，电离会吸热

反应热和焓变

化学反应产生反应热的原因是化学反应的前后体系的内能发生了变化

体系的内能为体系内各物质的各种呢能量的综合，包括多种，受到温度，压强，物质的聚集状态等因素影响

等压条件下的化学反应，反应热等于反应的焓变，记作\(\Delta H\)，等压条件下，在体系内仅作体积功，不做其他功的变化过程中，化学变化的焓变等于反应热

放热反应的\(\Delta H<0\)，内能变小

吸热反应的\(\Delta H>0\)，内能变大

微观上，形成生成物的化学键要释放能量，断开反应物 化学键要吸收能量

化学键的断裂和形成为物质在化学反应中的能量变化的本质原因

考虑吸收热量为\(Q_1\)，放出热量为\(Q_2\)，\(\Delta H = Q_1-Q_2\)

键能为气态分子中 1mol 的化学键解离为气态原子所吸收的能量，键能的单位为 \(kJ\cdot mol^{-1}\)，键能越大，断开化学键所需要的能量越多，化学键越稳定

热化学方程式

表明反应所释放的或吸收的热量的化学方程式

表明了化学反应中的物质变化和能量变化，如

\[\ce{N2H4(l) + O2(g) -> N2(g) + 2H2O(g)\ \ \ \Delta H=-534 kJ·mol^{-1}} \]

表示在 25度 ，101kPa 下，1mol的\(\ce{N2H4(g)}\)和1mol的\(\ce{O2(g)}\)完全反应生成1mol\(\ce{N2(g)}\)和2mol\(\ce{H2O(g)}\)，放热534kJ

\(mol^{-1}\)表示的是每个摩尔的反应，那就是系数是几就是几摩尔吗

除非 25度，101kPa，不然要标注反应的温度和压强，写焓变的时候如果是正数要 "+"

一般不再标注点燃加热高温等条件，也不写气体符号或沉淀符号了，化学计量数可以是整数也可以是分数，因为仅表示物质的量不表示分子数了，如果反应为可逆反应，焓变为完全反应对应的焓变，实际上会少一些，同素异形体出现的时候要标注物质的名称

两个标注的例子（deepseek给的很标准的写法，但是第二个Latex炸了）

\[\ce{\ce{N2 + 3H2 -> 2NH3} \qquad $\Delta H = +92.4\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}\ (500\ \mathrm{K},\ 200\ \mathrm{kPa})$}\\ \]

\[\ce{N2 + 3H2 ->[500\ \mathrm{K}][200\ \mathrm{kPa}] 2NH3} \qquad \Delta H = +92.4{ kJ \cdot mol^{-1} } \]

燃烧热

101kPa的时候，1mol 的纯物质完全燃烧生成指定产物时，放出的热量，叫做该物质的燃烧热

完全燃烧的时候不同的元素对应的指定物质：

\[ \ce{(N N2(g)) (C CO2(g)) (H H2O(l)) (S SO2(g))} \]

燃烧热方程式书写的时候可燃物的化学计量数为1 ，可能出现分数

盖斯定律

一个化学反应的总反应热（焓变）只与反应的始态和终态有关，与反应具体经过的路径（中间步骤）无关

一个化学反应，不管是一步完成的还是分几步完成的，其反应热是相同的

可以算出反应很慢的，不容易直接发生的反应和伴有副反应发生的反应的反应热

从一些反应的方程式推到到某个反应的方程式可以理解为看作方程，然后可以移项变号，\(\Delta H\)也是按照方程的系数做加减法，这个是常见的做题方法

例子：

\[\ce{N2(g) + 2O2(g) -> 2NO2（g)} \ \ \ \Delta H_1=+67.7kJ/mol\\ \ce{N2H4(g) + O2(g) -> N2(g) + 2H2O(g)}\ \ \ \Delta H_2=-534kJ/mol \]

求

\[\ce{2N2H4(g) + 2NO2(g) -> 3N2(g) + 4H2O(g)}\\ \]

的反应热

移项之后就是原来的式子了
使用两个第二个式子减掉第一个式子

\[\ce{2N2H4(g) - N2(g) + 2O2(g) - 2O2(g) -> 2N2(g) + 4H2O(g) - 2NO2(g)}\\ \ce{2N2H4(g) + 2NO2(g)-> 2N2(g) + N2(g) + 4H2O(g)} 移项变号\\ \ce{2N2H4(g) + 2NO2(g) -> 3N2(g) + 4H2O(g)} \]

于是，\(\Delta H= 2\Delta H_2 -\Delta H_1 = -534\times 2 - 67.7 = -1135.7 kJ/mol\)

化学反应和电能

化学能转化为电能

\(\ce{Zn Cu}\)分别插入\(\ce{H2SO4 aq}\):\(\ce{Zn}\)有气泡产生但是\(\ce{Cu}\)没用

\[\ce{Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2 ^} \]

\(\ce{Zn Cu}\)用导线连接后插入，\(\ce{Zn}\)溶解，\(\ce{Cu}\)有气泡产生

用电流表连接导线，发现有电流产生

Zn和Cu构成了一个原电池

锌比铜活泼，作为负极（阳极）：锌失去电子发生氧化反应溶解成锌离子进入溶液，失去的电子进入金属导线，电子无法进入溶液

铜作为正极（阴极）：电子通过导线从锌流向铜，溶液中的氢离子在铜表面得到电子发生还原反应生成氢气

\[\ce{Zn + 2e- -> Zn^2+}\\ \ce{2H+ + 2e- -> H2 ^} \]

总反应：

\[\ce{Zn + 2H+ -> Zn^2+ + H2 ^} \]

把化学能直接转化为电能的装置叫做原电池

原理：Zn本来反应直接出电子给到H+出氢气了，但是有金属导线，路径的通畅程度大于直接给到氢离子，所以电子跟着导线走到了铜的位置，然后给到了铜那里的氢离子

为何电子会走金属导线

• 当锌片浸入溶液，锌原子一溶解，锌离子 \(\ce{Zn^2+}\) 并不会立刻游走。它们带正电，会被带负电的锌片表面吸住，在锌片表面形成一个由正离子组成的、非常致密的电层（双电层），在锌表面：\(\ce{H+}\)（也是正电）想冲过去拿电子，必须先穿过这层同为正电的 \(\ce{Zn^2+}\) 屏障。同极相斥，\(\ce{H+}\) 很难挤进去。
• 在锌表面：一旦电子给了 \(\ce{H+}\)，生成氢气（\(\ce{H_2}\)）。氢气是非极性气体，不溶于水，它只能粘在锌片表面，这些气泡把锌和溶液物理隔绝了。新的 \(\ce{H+}\) 碰不到锌，新的 \(\ce{Zn^2+}\) 也出不来。在铜表面：气泡也在铜表面生成，但是铜的电子来源是导线，铜自己不溶解。气泡一旦长到一定大小，浮力就会让它迅速脱离光滑的铜表面。铜表面始终是干净的、暴露的；在铜表面：铜自己不溶解，铜表面没有 \(\ce{Cu^2+}\) 挡路。\(\ce{H+}\) 可以长驱直入，直接贴到铜原子脸上拿电子
• 在锌表面附近：锌不断溶解，锌表面那一层薄薄的液体里全是浓稠的 \(\ce{Zn^2+}\) 和 \(\ce{SO4^2-}\)。\(\ce{H+}\) 想在这里找电子，就像在盐田里找淡水喝，浓度极低，在铜表面附近：由于 \(\ce{H+}\) 被还原成氢气跑掉了，铜表面附近的 \(\ce{H+}\) 会迅速消耗。但溶液主体里的 \(\ce{H+}\) 会自动扩散过来补充，而且这个扩散过程没有 \(\ce{Zn^2+}\) 捣乱，非常快

总之，就是电子走金属导线的优先级要更高，所以电子沿着导线走了，电子给到了铜那里的氢离子

考虑将溶液变为\(\ce{CuSO4}\)

\[\ce{Zn - 2e- -> Zn^2+}\\ \ce{Cu^2+ + 2e- -> H2 ^}\\ \ce{Zn + Cu^2+ -> Zn^2+ + Cu} \]

负极失去电子发生氧化还原反应，正极得到电子发生还原反应

电子流向：负极沿着导线到正极，电流的方向是从正极到负极

电解质溶液中，阴离子流向负极，阳离子流向正极

锌极失去电子变成锌离子（Zn²⁺）进入溶液，导致负极附近正电荷堆积。同性相斥，于是带正电的阳离子（Zn²⁺、H⁺）被推开，流向正极那边去消耗电子。

正极附近电子多，负电荷过剩，负极的大量正电荷吸引带负电的阴离子（SO₄²⁻）流向负极去中和那里堆积的正电荷

阳离子（如 \(\ce{Cu^2+}\)）移动到正极：会直接参与反应。

阴离子（如 \(\ce{SO4^2-}\)）移动到负极：不会直接参与电子转移反应（它只是去凑热闹围观，并不变价）

形成原电池的条件：

• 有两个电极
• 闭合回路
• 电解质溶液：一般和负极发生氧化还原反应
• 自发的氧化还原反应：一般负极为活泼金属，发生氧化反应，被腐蚀，正极本身不参与反应，活泼阳离子或吸附在正极上的气体发生氧化还原反应

解释：情况 A：有铜离子（活泼阳离子） -> 铜离子（Cu²⁺）游过来，趴在铜片表面，捡起导线传来的电子，变成金属铜镀在铜片上。

情况 B：有氧气（吸附在正极的气体） -> 空气里的氧气趴在碳棒或铜片上，拉着水里的电子，变成氢氧根（OH⁻）

原电池的应用：制作化学电源，加快反应速率，金属防护，判断金属的活动性

化学电源

一次电池

锌锰干电池：负极为\(\ce{Zn}\)，正极为\(\ce{C}\)石墨，氯化铵作为电解质溶液

负极：\(\ce{Zn - 2e- -> Zn^2+}\)

正极：\(\ce{2MnO2 + 2NH4+ + 2e- -> Mn2O3 + 2NH3 + H2O}\)

总反应：\(\ce{Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl -> ZnCl2 + Mn2O3 + 2NH3 + H2O}\)

碱性锌锰电池：负极为锌，正极为\(\ce{MnO2}\)，电解质为\(\ce{KOH}\)

\[负极：\ce{Zn - 2e- + 2OH- -> Zn(OH)2}\\ 正极：\ce{2MnO2 + 2H2O + 2e- -> 2MnOOH + 2OH-}\\ 总反应：\ce{Zn + 2MnO2 + 2H2O -> 2MnO(OH) + Zn(OH)2} \]

锌银纽扣电池：

\[负极：\ce{Zn - 2e- + 2OH- -> Zn(OH)2}\\ 正极：\ce{Ag2O + 2e- + H2O -> 2Ag + 2OH-}\\ 总反应：\ce{Ag2O + Zn + H2O -> Zn(OH)2 + 2Ag} \]

充电电池：

有些电池放电时所进行的氧还原反应，在充电的时候能够逆向进行，使电池恢复放电前的状态，从而实现（放电）化学能转化为电能（充电），电能转化为化学能的过程，这种电池属于二次电池，常见的有锂离子电池，铅酸蓄电池，镍氢电池

目前汽车大多使用铅酸蓄电池，手机，笔记本电脑，照相机和摄像机大多使用钾离子电池

铅酸蓄电池：总反应：

\[\ce{Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq) <=>[放电][充电] 2PbSO4(s) + 2H2O} \]

负极：\(\ce{Pb}\)，正极：\(\ce{PbO2}\)，电解质溶液：\(\ce{H2SO4}\)

负极：\(\ce{Pb - 2e- + SO4^2- -> PbSO4}\)

正极：\(\ce{PbO2 + 2e- + SO4^2- + 4H+ -> PbSO4 + 2H2O}\)

溶液的ph升高，充电，正极连接外接电路的正极

燃料电池

通过燃料和氧化剂分别在两个电极上发生氧化反应和还原反应，将化学能直接转化为电能

燃料电池的电极本身不参与反应，氧化剂和还原剂在电极上发生反应，并非燃烧，而是燃料和氧化剂在温和条件下进行反应

避免了剧烈的燃烧，因此电极反应式和总反应不用标注条件

氢氧燃料电池：负极通\(\ce{H2}\)，正极通\(\ce{O2}\)

总反应为\(\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}\)

电解质溶液为硫酸：

负极：\(\ce{2H2 - 4e- -> 4H+}\)

正极：\(\ce{O2 + 4e- + 4H+ -> 2H2O}\)

正极的反应式为酸性溶液正极的常见反应式

电解质溶液为\(\ce{KOH}\):

负极：\(\ce{2H2 - 4e- + 4OH- -> 4H2O}\)

正极：\(\ce{O2 + 4e- + 2H2O -> 4OH-}\)

正极的反应式为碱性溶液正极的常见反应式

其他的燃料电池：

金属氧化的陶瓷（传导\(\ce{O^2-}\)）制作燃料电池

负：\(\ce{2H2 - 4e- + 2O^2- -> 2H2O}\)

正：\(\ce{O2 + 4e- -> 2O^2-}\)

氧离子的传导和电子的传导是被物理隔离的，且方向相反，氧离子从正到负，电子由负到正，类似构成循环

反应速率

单位时间内反应物浓度的减少量或生成物的增加量（取正值）

\[v=\frac{\Delta c}{\Delta t}mol\cdot L^{-1} \cdot min^{-1} / mol\cdot L^{-1}\cdot s^{-1} \]

典型的三段式算法：

	\(\ce{N2}\)	\(\ce{+}\)	\(\ce{3H2}\)	\(\ce{<=>}\)	\(\ce{2NH3}\)
\(c_0\)
\(\Delta c\)
\(c_t\)

注意到这里的速率都是用以浓度为单位的，一般不使用纯液体或固体表示速率

单位要统一

如\(\ce{aA + bB -> cC + dD}\)，比较的时候要\(\frac{v_A}{a},\frac{v_B}{b},\frac{v_C}{c},\frac{v_D}{d}\)

注意，浓度要算体积的

影响反应速率的因素

内因：反应物本身组成结构与性质

外因：催化剂：加快反应速率

温度：提高温度，反应速率加快

反应物的浓度：增大反应物浓度，速率加快，但是增加固体或液体的用量并不能改变反应速率

气体的压强：对于有气体参加的反应，增大压强缩小体积，相当于扩大浓度，速率加快

化学平衡

可逆反应：同一条件下，正反应和你反应方向均能进行的反应

一定条件下的可逆反应中，正反反应速率相等，各物质浓度不变的状态

可逆反应，\(v_正=v_逆\)，动态平衡，各物质浓度不变，条件改变后平衡状态改变

化学平衡状态是给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度，即该反应继续的限度，此时反应物的转化率最大

\[\alpha=\frac{n(已反应物质)}{n(初始物质)} \]